CN107295733B - 一种基于Wi-Fi的单火线低功耗智能开关设计方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种基于Wi‑Fi的单火线低功耗智能开关设计方法，涉及智能家居技术领域。在智能开关导通状态下，主控芯片收到智能手机APP或触控面板发来的开关“断开”指令时，通过Wi‑Fi模组的睡眠控制引脚迫使Wi‑Fi模组进入睡眠状态，通过交流电路电子开关的控制极“断开”智能开关；在智能开关“断开”状态下，处于休眠状态的Wi‑Fi模组消耗的电流极低，因此电灯不会发出微光，但此时Wi‑Fi模组仍然能够接收APP发出的控制指令，一旦接收到开关导通指令，Wi‑Fi模组立即转换到正常工作状态，并将导通指令传送给主控芯片，主控芯片通过交流电路电子开关的控制极导通智能开关。本发明解决了单火线智能开关因Wi‑Fi模组功耗大而造成的开关“断开”时电灯仍会发出微光的技术难题。

Description

一种基于Wi-Fi的单火线低功耗智能开关设计方法
技术领域
本发明涉及智能家居技术领域，尤其涉及一种基于Wi-Fi的单火线低功耗智能开关设计方法。
背景技术
智能开关是智能家居的重要组成部分，它不仅能够通过触控实现开、关及调光操作，还能够通过智能设备（包括智能手机、平板电脑等，以下统称手机）APP无线控制单个开关的开、关及调光操作，以及实现对多个开关的组合控制，营造出各种灯光氛围，提高人们的生活品质。
从智能开关的交流电接入方式上分类，现有的智能开关可分为两类：第一类是双线式，其开关输入端必须同时接入交流电的火线和零线；第二类是单火线式，其开关输入端只需要接入交流电的火线，并不需要接入零线。对于大多数现有的机械式开关，其接线盒内只有火线，没有零线。因此，用第一类双线式智能开关替代现有的机械式开关，将受到没有零线的制约，无法直接替换现有的机械式开关，其应用受到限制。
与第一类双线式智能开关相比，第二类单火线式智能开关能够方便地替代现有的机械式开关，具有市场应用前景。由于第二类单火线式智能开关与电灯串联后接入零线，为了使智能开关能够获得不间断的供电，须在开关“断开”状态下仍然有微弱电流流过电灯，这会造成电灯发出微光，形成电灯关不断现象，给消费者带来很不好的使用体验。在开关“断开”状态下，若要降低流过电灯的电流，就要降低智能开关本身的功耗。智能开关电路通常由直流电源电路、交流电路电子开关、主控芯片、触控模组及无线接口模组组成，其中主控芯片和触控模组在开关“断开”状态下可以做到低功耗，因此智能开关的功耗主要取决于无线接口模组的功耗。现有的第二类智能开关的无线接口模组大多采用红外、315/433M无线模组、蓝牙等低功耗无线接口模组。
红外传输由于受到墙壁的遮挡，很难控制到不在同一房间内的智能开关，其应用受到限制。现有的蓝牙技术，室内有效传输距离有限，也无法满足对房屋内所有智能开关的控制。315/433M无线模组虽然具有功耗低、传输距离远的特点，但大多数智能手机没有315/433M无线接口，无法实现手机直接对智能开关进行控制。鉴于Wi-Fi已成为绝大多数智能手机的标配，用Wi-Fi来控制智能开关是个不错的选择，但由于Wi-Fi模组功耗较大，会造成开关“断开”时电灯仍然会发出微光，给消费者带来很不好的使用体验。
发明内容
本发明旨在提供一种基于Wi-Fi的单火线低功耗智能开关设计方法，以解决单火线式智能开关因Wi-Fi模组功耗大而造成的开关“断开”时电灯仍会发出微光的技术难题。
一种基于Wi-Fi的单火线低功耗智能开关设计方法，其特征在于，包括火线输入输出接线盒，所述火线输入输出接线盒内设有智能开关电路板，所述智能开关电路板与火线输入输出接线盒电连接，所述智能开关电路板能够控制N个智能开关，所述火线输入输出接线盒上方设有可以固定在火线输入输出接线盒上面的塑胶结构件，所述塑胶结构件上方贴合有电容式触控面板，以下针对一个接线盒上只安装一路智能开关的情形，说明一种基于Wi-Fi的单火线低功耗智能开关设计方法，所述设计方法包括以下步骤：
第一步，制作电容式触控面板；
第二步，制作智能开关电路板；
第三步，组装智能开关；
第四步，设置智能开关的控制程序。
优选地，所述电容式触控面板的上层为有机玻璃-PMMA盖板，下层为电容式触控屏-CTP模组，CTP模组贴合在PMMA盖板背面，CTP模组通过SPI总线与智能开关电路板连接；
优选地，所述PMMA盖板背面丝印有底色及花纹，所述PMMA盖板上设有“开/关”CTP感应标示区、“增加亮度”CTP感应标示区及“降低亮度”CTP感应标示区；
优选地，所述“开/关”CTP感应标示区、“增加亮度”CTP感应标示区及“降低亮度”CTP感应标示区的边缘通过发光二极管-LED在开关“断开”状态下能够发出微弱蓝光，在开关导通状态下能够发出微弱红光；
优选地，所述LED安装在智能开关电路板上，LED能够通过塑胶结构件的缝隙在“开/关”CTP感应标示区、“增加亮度”CTP感应标示区及“降低亮度”CTP感应标示区的边缘发出微光；
优选地，所述智能开关电路板包括：直流电源电路、交流电路电子开关、主控芯片及Wi-Fi模组；
优选地，所述直流电源电路的变压器初级线圈的输入端与交流电火线输入端连接，初级线圈的输出端与所述交流电路电子开关的交流输入端连接，交流电路电子开关的交流输出端与电灯火线端连接，电灯零线端与交流电零线连接；
优选地，所述直流电源电路给主控芯片、CTP模组和Wi-Fi模组供电，所述直流电源电路与交流电路电子开关共地，能够保证交流电路电子开关断开时，直流电源电路仍有直流电源输出；
优选地，所述主控芯片选用具有数模转换器-DAC功能的低功耗单片机；
优选地，所述交流电路电子开关是由整流电路与可控硅组成；
优选地，所述主控芯片的模拟信号输出管脚与交流电路电子开关的可控硅控制极连接，能够控制交流电路电子开关的导通及“断开”状态；
优选地，所述Wi-Fi模组选用具有睡眠控制引脚的Wi-Fi模组；
优选地，所述Wi-Fi模组一旦进入睡眠状态，其功耗显著降低，消耗电流不超过10μA，但仍然能够接收手机APP发出的控制指令，一旦接收到开关导通指令，Wi-Fi模组立即转换到正常工作状态；
优选地，所述主控芯片的一个控制管脚与Wi-Fi模组的睡眠控制引脚连接，能够控制Wi-Fi模组在正常工作状态与睡眠工作状态之间的转换；
优选地，所述主控芯片能够通过数据总线与CTP模组及Wi-Fi模组进行数据交换；
优选地，所述设置智能开关的控制程序包括以下步骤：
S1：当智能开关初次与交流电源、电灯接通时，主控芯片的一个控制管脚使Wi-Fi模组处于正常工作状态，主控芯片的模拟信号输出管脚输出低电平，使交流电路电子开关“断开”。由于处于正常工作状态的Wi-Fi模组消耗电流较大，此时电灯会发出微光；
S2：点击触控面板上的“开/关”CTP感应标示区，主控芯片的模拟信号输出管脚输出高电平，使交流电路电子开关导通，电灯发出亮光，同时Wi-Fi模组保持正常工作状态；
S3：按压触控面板上的“开/关”CTP感应标示区6秒以上，CTP模组检测到这一信息后传送给主控芯片，主控芯片再将这一信息传送给Wi-Fi模组，Wi-Fi模组立即开启广播状态。启动手机APP的初始化程序，APP初始化程序搜索到所述智能开关的Wi-Fi模组后，对其进行命名并输入密码，点击APP上的对码按钮完成所述Wi-Fi模组与手机的配对。配对完成后，所述智能开关的Wi-Fi模组关闭广播状态，初始化过程结束，手机APP便可与所述Wi-Fi模组进行点对点通信；
S4：初始化过程结束后，通过手机APP或点击触控面板上相应的CTP感应标示区均可实现智能开关的导通、“断开”、增加亮度及降低亮度操作；
S5：所述智能开关在导通状态下，处于正常工作状态的Wi-Fi模组虽然消耗的电流较大，但由于交流电路电子开关已经导通，不会对电灯亮度造成影响。当主控芯片收到APP或触控面板发来的开关“断开”指令时，主控芯片的模拟信号输出管脚输出低电平，使交流电路电子开关“断开”，同时主控芯片通过控制Wi-Fi模组的睡眠控制引脚，迫使Wi-Fi模组进入睡眠状态。此时交流电路电子开关虽然“断开”，但直流电源电路仍然没有断开，由于Wi-Fi模组已转换到休眠状态，使得流经电灯的电流极低，因此不会发出微光；
S6：所述智能开关在“断开”状态下，Wi-Fi模组处于休眠状态，但仍然能够接收到APP发出的控制指令。当Wi-Fi模组接收到来自APP的开关导通或增加亮度指令后，Wi-Fi模组立即转换到正常状态，并将这一指令传送给主控芯片，主控芯片的模拟信号输出管脚输出相应的高电平，控制交流电路电子开关的导通状态，电灯呈现出相应的亮度。
与现有技术相比，本发明的优点在于：1、提供的基于Wi-Fi的单火线式智能开关能够方便地替代现有的机械式开关，不会受到没有零线的制约；2、提供的单火线式智能开关的无线接口模组采用Wi-Fi模组，智能手机能够方便、灵活地对单个开关进行控制或对多个开关进行组合控制，且覆盖范围超过红外、蓝牙的覆盖范围；3、有效地解决了Wi-Fi模组的功率控制问题，使得在开关“断开”状态下电灯不会发出微光；4、采用电容式触控面板，其上层为PMMA盖板，美观大方。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1是本发明实施例的智能开关结构示意图；
图2是本发明实施例的智能开关电路原理方框图；
图中所标各部件的名称如下：
101、PMMA盖板；102、CTP模组；103、塑胶结构件；104、智能开关电路板；105、火线输入输出接线盒；1011、“增加亮度”CTP感应标示区；1012、“开/关”CTP感应标示区；1013、“降低亮度”CTP感应标示区；201、智能开关的火线输入端；202、智能开关的火线输出端；303、交流电零线；204、交流电路电子开关的可控硅控制极；205、主控芯片的模拟信号输出管脚；206、主控芯片的一个控制管脚；207、Wi-Fi模组的睡眠控制引脚。
具体实施方式
本发明公开了一种基于Wi-Fi的单火线低功耗智能开关设计方法。
下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，一种基于Wi-Fi的单火线低功耗智能开关设计方法，包括火线输入输出接线盒105，所述火线输入输出接线盒105内设有智能开关电路板104，所述智能开关电路板104与火线输入输出接线盒105电连接，所述智能开关电路板104能够控制N个智能开关，所述火线输入输出接线盒105上方设有可以固定在火线输入输出接线盒105上面的塑胶结构件103，所述塑胶结构件103上方贴合有电容式触控面板，以下针对一个接线盒上只安装一路智能开关的情形，说明一种基于Wi-Fi的单火线低功耗智能开关设计方法，所述设计方法包括以下步骤：
第一步，制作电容式触控面板；
第二步，制作智能开关电路板；
第三步，组装智能开关；
第四步，设置智能开关的控制程序。
优选地，所述电容式触控面板的上层为PMMA盖板101，下层为CTP模组102，CTP模组102贴合在PMMA盖板101背面，CTP模组102通过SPI总线与智能开关电路104板连接；
优选地，所述PMMA盖板101背面丝印有底色及花纹，所述PMMA盖板设有“开/关”CTP感应标示区1012、“增加亮度”CTP感应标示区1011及“降低亮度”CTP感应标示区1013；
优选地，所述“开/关”CTP感应标示区1012、“增加亮度”CTP感应标示区1011及“降低亮度”CTP感应标示区1013的边缘通过LED在开关“断开”状态下能够发出微弱蓝光，在开关导通状态下能够发出微弱红光；
优选地，所述LED安装在智能开关电路板104上，LED能够通过塑胶结构件103的缝隙在“开/关”CTP感应标示区1012、“增加亮度”CTP感应标示区1011及“降低亮度”CTP感应标示区1013的边缘发出微光；
优选地，所述智能开关电路板104包括：直流电源电路、交流电路电子开关、主控芯片及Wi-Fi模组；
优选地，所述直流电源电路的变压器初级线圈的输入端与交流电火线输入端201连接，初级线圈的输出端与所述交流电路电子开关的交流输入端连接，交流电路电子开关的交流输出端202与电灯火线端连接，电灯零线端与交流电零线203连接；
优选地，所述直流电源电路给主控芯片、CTP模组和Wi-Fi模组供电，所述直流电源电路与交流电路电子开关共地，能够保证交流电路电子开关断开时，直流电源电路仍有直流电源输出；
优选地，所述主控芯片选用具有数模转换器-DAC功能的低功耗单片机；
优选地，所述交流电路电子开关是由整流电路与可控硅组成；
优选地，所述主控芯片的模拟信号输出管脚205与所述交流电路电子开关的可控硅控制极204连接，能够控制交流电路电子开关的导通及“断开”状态；
优选地，所述Wi-Fi模组选用具有睡眠控制引脚207的Wi-Fi模组；
优选地，所述Wi-Fi模组一旦进入睡眠状态，其功耗显著降低，消耗电流不超过10μA，但仍然能够接收手机APP发出的控制指令，一旦接收到开关导通指令，Wi-Fi模组立即转换到正常工作状态；
优选地，所述主控芯片的一个控制管脚206与Wi-Fi模组的睡眠控制引脚207连接，能够控制Wi-Fi模组在正常工作状态与睡眠工作状态之间的转换；
优选地，所述主控芯片能够通过数据总线与CTP模组及Wi-Fi模组进行数据交换；
优选地，所述组装智能开关包括以下步骤：将智能开关电路板104固定在火线输入输出接线盒105内，将电容式触控面板贴合在塑胶结构件103上面，将电容式触控面板的CTP模组通过SPI总线与智能开关电路板104连接，将塑胶结构件103固定在火线输入输出接线盒105上面。
优选地，所述设置智能开关的控制程序包括以下步骤：
S1：当智能开关初次与交流电源、电灯接通时，主控芯片的一个控制管脚206使Wi-Fi模组处于正常工作状态，主控芯片的模拟信号输出管脚205输出低电平，使交流电路电子开关“断开”。由于处于正常工作状态的Wi-Fi模组消耗电流较大，此时电灯会发出微光；
S2：点击触控面板上的“开/关”CTP感应标示区1012，主控芯片的模拟信号输出管脚205输出高电平，使交流电路电子开关导通，电灯发出亮光，同时Wi-Fi模组保持正常工作状态；
S3：按压触控面板上的“开/关”CTP感应标示区1012六秒以上，CTP模组检测到这一信息后传送给主控芯片，主控芯片再将这一信息传送给Wi-Fi模组，Wi-Fi模组立即开启广播状态。启动手机APP的初始化程序，APP初始化程序搜索到所述智能开关的Wi-Fi模组后，对其进行命名并输入密码，点击APP上的对码按钮完成所述Wi-Fi模组与手机的配对。配对完成后，所述智能开关的Wi-Fi模组关闭广播状态，初始化过程结束，手机APP便可与所述Wi-Fi模组进行点对点通信；
S4：初始化过程结束后，通过手机APP或点击触控面板上相应的感应标示区1011、1012、1013均可实现智能开关的导通、“断开”、增加亮度及降低亮度操作；
S5：所述智能开关在导通状态下，处于正常工作状态的Wi-Fi模组虽然消耗的电流较大，但由于交流电路电子开关已经导通，不会对电灯亮度造成影响。当主控芯片收到APP或触控面板发来的开关“断开”指令时，主控芯片的模拟信号输出管脚205输出低电平，使交流电路电子开关“断开”，同时主控芯片通过控制Wi-Fi模组的睡眠控制引脚207，迫使Wi-Fi模组进入睡眠状态。此时交流电路电子开关虽然“断开”，但直流电源电路仍然没有断开，由于Wi-Fi模组已转换到休眠状态，使得流经电灯的电流极低，因此不会发出微光；
S6：所述智能开关在“断开”状态下，Wi-Fi模组处于休眠状态，但仍然能够接收到APP发出的控制指令。当Wi-Fi模组接收到来自APP的开关导通或增加亮度指令后，Wi-Fi模组立即转换到正常状态，并将这一指令传送给主控芯片，主控芯片的模拟信号输出管脚205输出相应的高电平，控制交流电路电子开关的导通状态，电灯呈现出相应的亮度。
与现有技术相比，本发明的优点在于：1、提供的基于Wi-Fi的单火线式智能开关能够方便地替代现有的机械式开关，不会受到没有零线的制约；2、提供的单火线式智能开关的无线接口模组采用Wi-Fi模组，智能手机能够方便、灵活地对单个开关进行控制或对多个开关进行组合控制，且覆盖范围超过红外、蓝牙的覆盖范围；3、有效地解决了Wi-Fi模组的功率控制问题，使得在开关“断开”状态下电灯不会发出微光；4、采用电容式触控面板，其上层为PMMA盖板，美观大方。
以上内容是结合本实施例一个接线盒上只安装一路智能开关给出的具体实施方式。按照本实施例给出的实施方式，本发明能够在一个接线盒上安装N路智能开关。以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种基于Wi-Fi的单火线低功耗智能开关设计方法，其特征在于，包括火线输入输出接线盒，所述火线输入输出接线盒内设有智能开关电路板，所述智能开关电路板与火线输入输出接线盒电连接，所述智能开关电路板能够控制N个智能开关，所述火线输入输出接线盒上方设有可以固定在火线输入输出接线盒上面的塑胶结构件，所述塑胶结构件上方贴合有电容式触控面板，所述电容式触控面板的上层为有机玻璃-PMMA盖板，下层为电容式触控屏-CTP模组，CTP模组贴合在PMMA盖板背面，CTP模组通过SPI总线与智能开关电路板连接；所述PMMA盖板上设有“开/关”CTP感应标示区；所述智能开关电路板包括：直流电源电路、交流电路电子开关、主控芯片及Wi-Fi模组；所述主控芯片选用具有数模转换器-DAC功能的低功耗单片机；所述Wi-Fi模组选用具有睡眠控制引脚的Wi-Fi模组；所述交流电路电子开关是由整流电路与可控硅组成；所述主控芯片的模拟信号输出管脚与所述交流电路电子开关的可控硅控制极连接，所述主控芯片的一个控制管脚与Wi-Fi模组的睡眠控制引脚连接；一种基于Wi-Fi的单火线低功耗智能开关设计方法，所述设计方法包括以下步骤：第一步，制作电容式触控面板；第二步，制作智能开关电路板；第三步，组装智能开关；第四步，设置智能开关的控制程序；所述PMMA盖板背面丝印有底色及花纹，所述PMMA盖板上设有“增加亮度”CTP感应标示区及“降低亮度”CTP感应标示区；所述“开/关”CTP感应标示区、“增加亮度”CTP感应标示区及“降低亮度”CTP感应标示区的边缘设有发光二极管-LED，所述LED在开关“断开”状态下能够发出微弱蓝光，在开关导通状态下能够发出微弱红光；所述LED安装在智能开关电路板上；所述直流电源电路给主控芯片、CTP模组和Wi-Fi模组供电，所述直流电源电路与交流电路电子开关共地；所述Wi-Fi模组在睡眠状态下仍能接收手机APP发出的控制指令，Wi-Fi模组一旦接收到所述手机APP发出的智能 开关导通指令后，立即转换到正常工作状态；所述设置智能开关的控制程序包括以下步骤：
S1：当智能开关初次与交流电源、电灯接通时，主控芯片的一个控制管脚使Wi-Fi模组处于正常工作状态，主控芯片的模拟信号输出管脚输出低电平，使交流电路电子开关“断开”，由于处于正常工作状态的Wi-Fi模组消耗电流较大，此时电灯会发出微光；
S2：点击触控面板上的“开/关”CTP感应标示区，主控芯片的模拟信号输出管脚输出高电平，使交流电路电子开关导通，电灯发出亮光，同时Wi-Fi模组保持正常工作状态；
S3：按压触控面板上的“开/关”CTP感应标示区6秒以上，CTP模组检测到这一信息后传送给主控芯片，主控芯片再将这一信息传送给Wi-Fi模组，Wi-Fi模组立即开启广播状态，启动手机APP的初始化程序，APP初始化程序搜索到所述智能开关的Wi-Fi模组后，对其进行命名并输入密码，点击APP上的对码按钮完成所述Wi-Fi模组与手机的配对，配对完成后，所述智能开关的Wi-Fi模组关闭广播状态，初始化过程结束，手机APP便可与所述Wi-Fi模组进行点对点通信；
S4：初始化过程结束后，通过手机APP或点击触控面板上相应的CTP感应标示区均可实现智能开关的导通、“断开”、增加亮度及降低亮度操作；
S5：所述智能开关在导通状态下，处于正常工作状态的Wi-Fi模组虽然消耗的电流较大，但由于交流电路电子开关已经导通，不会对电灯亮度造成影响，当主控芯片收到APP或触控面板发来的开关“断开”指令时，主控芯片的模拟信号输出管脚输出低电平，使交流电路电子开关“断开”，同时主控芯片通过控制Wi-Fi模组的睡眠控制引脚，迫使Wi-Fi模组进入睡眠状态，此时交流电路电子开关虽然“断开”，但直流电源电路仍然没有断开，由于Wi-Fi模组已转换到休眠状态，使得流经电灯的电流极低，因此不会发出微光；
S6：所述智能开关在“断开”状态下，Wi-Fi模组处于休眠状态，但仍然能够接收到APP发出的控制指令，当Wi-Fi模组接收到来自APP的开关导通或增加亮度指令后，Wi-Fi模组立即转换到正常状态，并将这一指令传送给主控芯片，主控芯片的模拟信号输出管脚输出相应的高电平，控制交流电路电子开关的导通状态，电灯呈现出相应的亮度。
2.根据权利要求1所述一种基于Wi-Fi的单火线低功耗智能开关设计方法，其特征在于，所述主控芯片能够通过数据总线与CTP模组及Wi-Fi模组进行数据交换。
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